ANALISIS KINERJA GASOLINE DIRECT INJECTION ENGINE PADA KENDARAAN OTOMOBIL OLEH: Drs. NANA SUMARNA, MT. Abstraksi: Pertimbangan berkendara adalah keamanan, kenyamanan dan tenaga traksi yang dahsyat saat dikemudikan, dengan pemakaian bahan bakar yang rendah sebagai moda yang tepat untuk lalu lintas dikota. Kendaraan yang berteknologi ramah lingkungan, mampu menghasilkan emisi gas buang sesuai standar Euro 2. Moda transportasi merupakan dambaan dan kebutuhan semua orang di negara maju, inovasi teknologi menggunakan Gasoline Direct Injection. Merujuk kepada gambaran data pembanding, performance dari kinerja yang terlihat lebih tinggi dibanding Multi Point Injection untuk tiap tingkat putaran. A. Pendahuluan Industri otomotif Indonesia memasuki babak baru dalam teknologi motor dan pembuangan, secara resmi pemerintah memberlakukan Keputusan Menteri Lingkungan Hidup Nomor 141/2003 tentang Standar Emisi Euro 2. Peraturan ini berlaku untuk kendaraan produksi terbaru atau yang sedang diproduksi, para Agen Tunggal Pemegang Merek (ATPM) yang beroperasi di Indonesia, menyatakan kesiapan untuk memproduksi kendaraan yang berteknologi ramah lingkungan. Menyiapkan teknologi yang mampu menghasilkan emisi gas buang sesuai standar Euro 2, menghadirkan sebuah kendaraan yang memiliki nilai lebih bagi lingkungan hidup. Mengadopsi standar Euro 2 memang mutlak diperlukan beberapa perubahan teknologi, yang paling utama adalah pemasangan Catalytic Converter (CC). Sebagai peredam emisi gas buang dan teknologi pasokan bahan bakar injeksi, merupakan teknologi masa kini yang ramah lingkungan. Penyelesaian dari masalah tersebut tentunya menyangkut dua faktor yang saling berhubungan yaitu faktor jenis bahan bakar dan faktor engine kendaraan. Berbicara masalah bahan bakar untuk kendaraan bermotor, sampai saat ini khususnya untuk negara Indonesia terdapat beberapa jenis bahan bakar cair produk Pertamina. Merancang dan membangun suatu engine kendaraan yang lebih efisien, melalui inovasi yang mampu memberikan injection bahan bakar dan udara campuran. Karakter ini memiliki potensi yang besar untuk mengoptimalkan pemasukan bahan bakar, dalam menghasilkan pembakaran yang lebih baik pada pemakaian bahan bakar yang lebih hemat. Merupakan alasan yang memicu dalam usaha menarik perhatian konsumen, untuk mengeluarkan produk yang memiliki keunggulan lebih dari produk sebelumnya. Harapan perancang, kendaraannya menjadi pilihan utama konsumen sebagai otomobil yang memiliki teknologi terbaru dikelasnya. Pengembangan yang dilakukan terjadi dengan sangat cepat melalui penemuan metode untuk memasukkan bahan bakar tanpa menggunakan karburator. Pemasukan bahan bakar secara efektif dilakukan melalui injector, yang mampu mereduksi kekurangan-kekurangan pada kinerja engine motor Otto yang telah ada. Gasoline Direct Injection Engine merupakan suatu sistem yang memungkinkan, kendali yang tepat terhadap campuran bahan bakar dan udara untuk waktu pengapian yang spesifik. Alat untuk sistem ini dipergunakan, bertujuan untuk menghemat pemakaian bahan bakar, tanpa mengganggu daya yang dihasilkan disebut dengan sistem injeksi. Berdasarkan latar belakang pemikiran diatas, penulis mencoba mengangkat permasalahan dalam karya tulis ini adalah “Analisis Kinerja Gasoline Direct Injection
Engine pada Mitsubishi Pajero 3.5 V6”, ditetapkan sebagai topik permasalahan yang akan dicermati oleh penulis . B. Perumusan Masalah Tanpa adanya masalah, maka tidak ada penelitian. Untuk memperjelas lingkup permasalahan dalam penelitian ini, perlu ditetapkan perumusan masalah. Adapun perumusan masalah yang akan menjadi objek pada penelitian ini adalah “Bagaimana gambaran teoritis tentang kinerja Gasoline Direct Injection pada Mitsubishi Pajero 3.5 V6 Elegance, apabila dibandingkan dengan MPI Engine konvensional yang seukuran. C. Metode Penelitian Metode penelitian yang dipergunakan adalah metode deskriptip analitik, yaitu suatu metode yang digunakan untuk memecahkan permasalahan yang sedang dihadapi pada situasi sekarang. Penelitian deskriptip merupakan penelitian yang dimaksudkan untuk mengumpulkan informasi mengenai status suatu gejala yang ada, yaitu keadaan gejala menurut apa adanya pada saat penelitian dilakukan. D. Kajian Umum Motor Bakar Torak Motor pembakaran dalam pada umumnya dikenal dengan nama motor bakar torak, proses pembakaran berlangsung didalam motor bakar sendiri. Sehingga gas pembakaran yang terjadi, sekaligus berfungsi sebagai fluida kerja. Motor bakar torak mempergunakan beberapa silinder, didalamnya terdapat torak yang bergerak bolak-balik. Pembakaran bahan bakar terjadi didalam silinder, bolak-balik torak menyebabkan gerak rotasi pada poros engkol. Sebaliknya gerak rotasi poros engkol mengakibatkan gerak translasi pada torak, motor bakar torak berdasarkan prosesnya terbagi menjadi dua jenis utama yaitu motor Otto dan motor Diesel. Perbedaan utama terletak pada sistem penyalaannya, campuran bahan bakar pada motor Otto dinyalakan oleh loncatan api listrik diantara kedua elektroda busi. Sedangkan motor Diesel terjadi proses penyalaan sendiri, karena bahan bakar disemprotkan kedalam silinder berisi udara bertemperatur dan bertekanan tinggi. Ketika akhir kompresi udara bertemperatur dan bertekanan tinggi dalam silinder moto Diesel, disemprotkan bahan bakar melalui injector. Bahan bakar terbakar sendiri, setelah temperatur campuran itu melampaui temperatur nyala bahan bakar. Kejadian ini terjadi karena motor Diesel menggunakan perbandingan kompresi yang cukup tinggi, kecepatan bahan bakar keluar dari injector nosel sesuai dengan derajat pengabutan yang diinginkan. Gasoline Direct Injection Engine
Gambar 1 Kontruksi GDI Engine (Sumber: Mitsubishi)
Campuran bahan bakar udara di dalam silinder motor Otto harus sesuai dengan syarat busi di atas, yaitu jangan terbakar sendiri. Ketika busi mengeluarkan api listrik yaitu pada saat beberapa derajat engkol sebelum torak mencapai TMA, campuran bahan bakar udara sekitar itulah yang mula-mula terbakar. Selanjutnya nyala api merambat ke segala arah dengan kecepatan yang sangat tinggi, menyalakan campuran yang dilaluinya sehingga tekanan gas didalam silinder naik, sesuai dengan jumlah bahan bakar yang terbakar. Mekanisme penyaluran bahan bakar motor konvensional, lajim memakai sistem percampuran bahan bakar pada karburator. Kondisi tersebut terjadi pula dalam engine Multi Point Injection, bahan bakar dikabutkan pada masing-masing ruang pemasukan Intake Manifold. Menunggu katup masuk terbuka, disaat yang sama butiran bahan bakar yang belum terkabutkan, menguap oleh radiasi panas dari engine. Keadaan tersebut diatas menyebabkan MPI engine, memiliki batasan respon pemasukan bahan bakar dan kontak untuk pembakaran. Hal itu disebabkan percampuran bahan bakar dan udara, terjadi sebelum masuk ke dalam silinder. Sedangkan pada Gasoline Direct Injection Engine, bahan bakar secara langsung disemprotkan ke dalam silinder dengan mempergunakan injector yang ditempatkan pada bagian atas silinder block. Kelebihan lain dari GDI engine adalah kontak waktu pemasukan bahan bakar yang tepat, sesuai dengan kondisi beban yang dibutuhkan. Sehingga respon yang lebih baik dibandingkan MPI engine. Berikut beberapa karakteristik dari GDI engine:
Gambar 2 Transisi sistem pemasukan bahan bakar (Sumber: Mitsubishi)
Gambar 3 Pemasukan bahan bakar pada dengan pencampuran dua tahap (Sumber: Mitsubishi)
Gambar 4 Pengaturan pemasukan bahan baker (Sumber: Mitsubishi)
Gambar 5 Perbandingan campuran bahan bakar dan udara yang disesuaikan dengan torsi dan putaran (Sumber: Mitsubishi)
E.
Teknologi Gasoline Direct Injection Ada empat corak teknis yang menjadi kelebihan teknologi GDI engine; ruang pemasukan yang langsung dan tegak lurus yang mampu mengoptimalkan airflow ke dalam silinder, Curved-Top Piston yang mengendalikan pembakaran dengan membantu pembentukan air-fuel campuran, pompa bahan bakar menyediakan tekanan tinggi yang diperlukan untuk penyuntikan langsung ke dalam silinder, dan injektor putaran angin tekanan tinggi yang mengendalikan pembuyaran dan penguapan percikan bahan bakar.
Keterangan:
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.
Sensor massa udara Katup trotel dengan kontrol listrik Sensor tekanan saluran udara masuk Pompa tekanan tinggi Katup kontrol tekanan Akumulator (rel) bahan bakar Koil penyalaan sensor oksigen lambda Konverter katalik
10. 11. 12. 13. 14. 15.
Sensor oksigen lambda Pompa pengisian Penyemprotan bahan bakar tekanan tinggi Sensor tekanan bahan bakar Katup EGR ECU (Electronic Control Unit)
Gambar 6 Sistem motronik untuk motor bensin penyemprotan langsung (Sumber Motor Bakar Torak)
Teknologi pokok ini, dikombinasikan dengan teknologi lain yang memiliki kendali terhadap bahan bakar yang unik, dan memungkinkan pencapaian sasaran hasil pengembangan suatu motor yang diinginkan yaitu pemakaian bahan bakar yang lebih rendah bahkan dari motor Diesel sekalipun serta tenaga output yang lebih tinggi dibanding MPI engine konvensional. Metode yang dipakai pada GDI engine adalah ; In-Cylinder Airflow GDI engine mempunyai ruang pemasukan yang tegak lurus dan langsung. Hal ini secara efisien mampu mengarahkan airflow tepat jatuh di curved-top piston, yang mampu membalikan arah airflow dengan kuat sehingga mampu menghasilkan penyemprotan bahan bakar yang optimal.
Gambar 7 Airflow pada silinder (Sumber Mitsubishi)
Penyemprotan Bahan Bakar Injektor putaran angin tekanan tinggi yang dikembangkan mampu menyediakan percikan yang ideal dan mempola terhadap masing-masing gaya operasional yang terjadi pada engine. Pada waktu yang sama, dengan menerapkan gerakan putaran tinggi pada saat penyemprotan bahan bakar memungkinkan pengabutan bahan bakar yang cukup dengan suatu tekanan bahan bakar yang rendah, kira-kira 50 kg/cm2.
Gambar 8 Bentuk penyemprotan bahan bakar pada GDI Engine (Sumber Mitsubishi)
Bentuk Ruang Pembakaran yang Dioptimalkan Curved-Top Piston mengendalikan bentuk air-fuel campuran seperti halnya airflow di dalam ruang pembakaran yang mempunyai suatu peranan penting untuk memelihara suatu campuran bahan bakar udara padat dan kaya. Yang mana campuran tersebut disuntikan pada saat akhir pada langkah kompresi yang kemudian dibawa ke arah busi sebelum dibuyarkan.
Gambar 9 Bentuk ruang pembakaran pada GDI Engine (Sumber Mitsubishi)
F.
Spesifikasi Data
1. Spesifikasi Mitsubishi Pajero 3.5 V6 GDI Elegance
Gambar 10 Mitsubishi Pajero 3.5 V6 GDI Elegance (Sumber Mitsubishi) 2. Spesifikasi Pembanding Data Total Displacement Cylinder Bore x Stroke Combustion Chamber Shape Compression Ratio Valve Mechanism Fuel Used Maximum Output Maximum Torque Fuel System Ignition System
GDI
dm3 mm
k. W/rpm N.m/rpm Power Distribution Method Ignition Timing Control
Injector Idle control Lash Adjuster Engine Oil API. SG higher dm3
Fuel Capacity
MPI 3.496 93.0 x 85.8 Pent Roof and curved top piston Pent Roof 10.4 9.0 DOHC 4 - Valve SOHC 4 – Valve Unleaded super (Ron 95) Unleaded super (Ron 90) 149/5000 143/5000 318/4000 313/3500 GDI MPI Distribution ignition system 6 – coil independent electronic control system High voltage, High pressure swirl injector ETV + Fuel control Provided 4.6
3 coil Electromagnetic ISC 4.9
Oil Filter
0.3
0.3
Oil Cooler
-
0.3
(Sumber: Mitsubishi)
Dari gambar kurva perfomance engine dapat diperoleh data daya output pada setiap tingkat putaran dengan metode interpolasi. Data-data tersebut sebagai berikut :
Tabel 1 Daya output pada tiap tingkat putaran Daya output pada GDI Engine Ne (kW) Ne (PS) 42 57,10 60 81,57 79 107,40 97 131,88 115 156,35 133 180,82 144 195,78 149 202,70 144 195,78
n (rpm) 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500
Daya output pada MPI Engine Ne (kW) Ne (PS) 44 59,82 61 82,93 76 103,33 93 126,44 115 156,35 127 172,67 140 190.34 143 194,40 124 168,59
G. Analisis kinerja Gasoline Direct Injection Engine Mitsubishi Pajero 3.5 V6 GDI Elegance Dengan menggunakan metode interpolasi maka didapat torsi (T) dari daya efektif (Ne) untuk tiap putaran tertentu dengan melihat data pada kurva perfomance engine diatas, yang dicari dengan persamaan :
Ne
T
T. n (PS) 716 ,2 Ne . 716,2 (m.kg) n
(Wiranto A, 1992:32)
Tabel 2 Perhitungan torsi dan daya efektif pada tingkat putaran tertentu n (rpm)
Daya output pada GDI Engine Ne (PS)
1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500
57,10 81,57 107,40 131,88 156,35 180,82 195,78 202,70 195,78
Torsi pada GDI Daya output pada Torsi pada MPI Engine MPI Engine Engine T (m.kg) Ne (PS) T (m.kg) 27,26 29,21 30,76 31,48 31,99 32,37 31,15 29,03 31,15
59,82 82,93 103,33 126,44 156,35 172,67 190,34 194,40 168,59
28,56 29,69 29,60 30,18 31,99 30,91 30,29 27,84 21,95
1. Perhitungan Tekanan Efektif Rata-Rata Motor (Pe) Tekanan Efektif Rata-rata Motor (Pe) terjadi didalam silinder dimana tekanan ini merupakan tekanan yang dapat mendorong torak sepanjang langkahnya untuk mendapatkan usaha per-siklus. Tekanan efektif motor dapat diperoleh dengan menggunakan rumus: Pe =
Tx 2 x100 ( Kg / cm 2 ) VL xZxa
(Wiranto Arismunandar, 1988 : 33)
Dimana : Pe = Tekanan efektif rata-rata motor (Kg / cm2) T = Momen putar (Kg.cm) VL= Volume Langkah (cm3) Z = Jumlah silinder n = Putaran motor (rpm) a = Siklus perputaran bernilai 0,5 untuk motor 4 langkah
Maka tekanan efektif rata-rata motor untuk tiap tingkat putaran tertentu adalah sebagai berikut : Tabel 3 Perhitungan tekanan efektif rata-rata motor n (rpm)
Torsi pada GDI Engine T (m.kg)
Pe pada GDI engine (Kg/cm2)
Torsi pada MPI Engine T (m.kg)
Pe pada MPI engine (Kg/cm2)
1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500
27,26 29,21 30,76 31,48 31,99 32,37 31,15 29,03 31,15
9795,8 10496,5 11053,5 11312,2 11495,5 11632,1 11193,7 10431,8 11193,7
28,56 29,69 29,60 30,18 31,99 30,91 30,29 27,84 21,95
10262,9 10669,0 10636,7 10845,1 11495,5 11107,4 10884,6 10004,2 7887,6
2. Perhitungan Penggunaan Bahan Bakar Untuk mencari perhitungan pemakaian bahan bakar (Gf) dapat menggunakan persamaan : Gf =
Ne.632 η th .Qc
(kg/jam)
(Khovakh, 1976 : 73)
Keterangan : Ne : Daya efektif, (PS) Qc : Nilai kalor bawah bahan bakar, menurut (SP. Sein, 1980 : 168) besarnya 10580 kkal/kg, Gf : Pemakaian bahan bakar, (kg/jam) : Efesiensi thermis th r : Perbandingan kompresi, spesifikasi (GDI = 10,4 dan MPI = 9) ηth = th =
Ne x632 x100 % (100%) GfxNpb
Q1 Q 2 atau η th Q1
1-
1 r
(Wiranto Arismunandar, 1988 : 33)
k 1
(Wiranto A, 1995:26)
Dimana : ηth = Efisiensi Thermis (%) Ne = Daya efektif motor (PS) Npb = Nilai kalor bahan bakar (kkal/jam) Nilai kalor bahan bakar (kkal/jam) premium = 10580 kkal/jam (Wiranto Arismunandar, 1988 : 28) untuk GDI ηth = 1
1 10,4
0 , 297
0,5011
untuk MPI ηth = 1
1 9
0, 3023
0,4853
Setelah nilai Gf diketahui, maka nilai pemakaian bahan bakar spesifik dapat dicari dengan menggunakan rumus :
Be =
Gf Ne
(kg/PSjam)
(Wiranto A, 1994:29)
Maka jumlah bahan bakar dan nilai bahan bakar spesifik yang dapat masuk ke dalam silinder pada tiap tingkat putaran tertentu adalah sebagai berikut: Tabel 4 Perhitungan pemakaian jumlah bahan bakar dan nilai pemakaian bahan bakar spesifik yang digunakan pada tiap tingkat putaran tertentu Gf Daya output Be Daya output ηth (%) Gf (kg/jam) ηth (%) (kg/jam) Be (kg/PSjam) pada GDI (kg/PSjam) pada MPI n (rpm) untuk GDI Engine untuk MPI MPI Engine GDI Engine Engine Engine GDI MPI Engine Ne (PS) Ne (PS) 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500
57,10 81,57 107,40 131,88 156,35 180,82 195,78 202,70 195,78
50,11 50,11 50,11 50,11 50,11 50,11 50,11 50,11 50,11
6,80 9,72 12,80 15,72 18,63 21,55 23,33 24,16 23,33
0.119 0.119 0.119 0.119 0.119 0.119 0.119 0.119 0.119
59,82 82,93 103,33 126,44 156,35 172,67 190.34 194,40 168,59
48,53 48,53 48,53 48,53 48,53 48,53 48,53 48,53 48,53
7,36 10,20 12,71 15,56 19,24 21,25 23,42 23,92 20,75
0,123 0,123 0,123 0,123 0,123 0,123 0,123 0,123 0,123
3. Perhitungan Daya Indikator (Ni) Daya indikator (Ni) diperoleh dengan rumus : Ni = Ne / ηMek (PS) (Wiranto Arismunandar, 1988 : 33) Setelah daya indikator diperoleh, maka nilai permakaian bahan bakar spesifik indikator (Bi) dapat dicari dengan rumus: Bi = Gf / Ni (kg/Psjam) Dimana : Ni = Daya indikator (PS) Ne = Daya efektif motor (PS) ηMek= Efisiensi mekanis motor bensin 0,70 – 0,85 (%) diambil 0,80 (Wiranto Arismunandar, 1988 : 36) Bi = Pemakaian bahan bakar sesifik indikator (kg/PS jam) Dengan menggunakan persamaan di atas maka dapat dihitung daya indikator dan nilai pemakaian bahan bakar spesifik indikator untuk tiap tingkat putaran sebagai berikut: Tabel 5 Perhitungan daya indikator untuk tiap tingkat putaran Daya Daya output indikator n GDI pada GDI (rpm) Engine Engine Ne (PS) Ni (PS) 1500 57,10 45,60 2000 81,57 65,25 2500 107,40 85,92 3000 131,88 105,50 3500 156,35 125,08 4000 180,82 144,65 4500 195,78 156,62 5000 202,70 162,12 5500 195,78 156,62
Gf Daya Daya Bi (kg/jam) Bi (kg/PSjam) output indikator Gf (kg/jam) (kg/PSjam) GDI untuk GDI MPI pada MPI MPI Engine untuk MPI Engine Engine Engine Engine Engine Ne (PS) Ni (PS) 6,80 0,149 59,82 47,85 7,36 0,153 9,72 0,149 82,93 66,34 10,20 0,153 12,80 0,149 103,33 82,66 12,71 0,153 15,72 0,149 126,44 101,15 15,56 0,153 18,63 0,149 156,35 125,08 19,24 0,153 21,55 0,149 172,67 138,13 21,25 0,153 23,33 0,149 190.34 152,27 23,42 0,153 24,16 0,149 194,40 155,52 23,92 0,153 23,33 0,149 168,59 134,87 20,75 0,153
4. Perhitungan Efisiensi Volumetris (ηvol) ηVol =
BM x 100% BM '
(100%)
(Khovak 1979 : 10)
Dimana : ηVol = Efisiensi volumertris (%) BM = Berat campuran gas yang dapat masuk ke dalam silinder BM’= Berat campuran gas yang seharusnya masuk ke dalam silinder Pada motor 4-langkah perbandingan antara jumlah udara masuk yang sebenarnya terhadap yang ideal dinamai efisiensi volumetrik (ηv) (Wiranto A, 1977:107), yang dapat juga dicari dengan persamaan: ηVol =
Ga Gai
Gai = VL x γai x z x n x 0,5 x 60 (Wiranto A, 1994:106) Dimana : VL = volume langkah torak per silinder, m3 z = jumlah silinder,spesifikasi = 6 n = putaran poros engkol, rpm γai = berat jenis udara pada kondisi masuk, kg/m3 γai dapat dihitung dengan menggunakan persamaan P. V = G. R. T
P ai
G x R xT ai . R . T V P 10330 1,175 kg / m 3 R . T 29 ,3 x 300
Sehingga Gai pada putaran 5000 rpm dapat 6 Gai= (582 ,536 x10 ) x1,175 x6 x5000 x0,5 x60 616 ,03 kg / jam
diperoleh
Dengan cara yang sama, maka akan didapat juga Gai untuk tiap tingkat putaran. Setelah Gai didapat maka Ga dari persamaan : f = Gf/Ga (Wiranto A,1977:29) f = perbandingan bahan bakar dan udara = 0,0662 (E.F.Robert,1968:193) Dengan menggunakan persamaan di atas maka diperoleh nilai efisiensi volumetris pada tiap tingkat putaran sebagai berikut : Tabel 6 Perhitungan efisiensi volumetris untuk tiap tingakt putaran tertentu n (rpm) 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500
Gai (kg/jam)
Gf (kg/jam) GDI Engine
Ga (kg/jam) GDI Engine
ηvol (%) untuk GDI
184,80 246,40 308,00 369,60 431,20 492,82 554,42 616,03 677,63
6,80 9,72 12,80 15,72 18,63 21,55 23,33 24,16 23,33
102,71 146,82 193,35 237,46 281,41 325,52 352,41 364,95 352,41
55,69 59,58 62,77 64,24 65,26 66,05 53,56 59,24 53,56
Gf (kg/jam) Ga (kg/jam) MPI Engine MPI Engine 7,36 10,20 12,71 15,56 19,24 21,25 23,42 23,92 20,75
111,17 154,07 191,99 253,04 290,63 320,99 353,77 361,32 313,44
ηvol (%) untuk MPI 60,16 62,53 62,33 63,59 67,40 65,13 63,81 58,65 46,25
H. Pembahasan Temuan Hasil Penelitian 1. Analisis Proses Thermodinamika Pada saat pemasukan bahan bakar, walau memiliki volume langkah yang sama namun volume total pada GDI lebih kecil dibanding MPI. Hal tersebut disebabkan oleh perbandingan kompresi pada GDI lebih besar dibandingkan MPI. Perbandingan kompresi yang lebih besar pada GDI, juga menyebabkan koefisien residu gas pada saat pemasukan bahan bakar lebih besar dibandingkan MPI, yang mengakibatkan temperatur akhir pemasukan pada GDI lebih tinggi dibanding MPI Untuk langkah kompresi, GDI yang menggunakan jenis bahan bakar yang lebih baik dibandingkan MPI, memiliki nilai komponen adiabatis (k) yang lebih kecil dibanding MPI. Hal ini menyebabkan GDI mempunyai tekanan dan temperatur yang lebih tinggi dibandingkan MPI pada saat langkah kompresi. Pada saat proses pembakaran, perbandingan kompresi yang lebih besar memungkinkan GDI memiliki efisiensi thermis yang lebih besar dibanding MPI. Jumlah panas yang dihasilkan juga lebih besar dikarenakan jumlah pemasukan campuran bahan bakar dan udara yang masuk pada GDI lebih banyak dibanding MPI. Hal ini menyebabkan temperatur dan tekanan akhir pembakaran pada GDI lebih besar dibanding MPI. Untuk proses ekspansi, GDI menghasilkan temperatur dan tekanan ekspansi yang lebih kecil dibanding MPI. Hal ini disebabkan perbandingan kompresi pada GDI lebih kecil dibanding MPI, sehingga temperatur dan tekanan pengeluaran kalornya juga lebih kecil dibanding MPI. Utnuk pengeluaran kalor sisa pembakaran, pada GDI jumlahnya lebih sedikit dibanding MPI. Hal ini terjadi karena efisiensi thermis pada GDI lebih baik dibanding MPI, sehingga penggunaan panas yang diubah menjadi usaha pada GDI lebih dibanding MPI. Untuk lebih lengkapnya mengenai gambaran perbandingan analisis perhitungan thermodinamika dari kedua jenis engine, dapat dilihat pada tabel dibawah ini: Tabel 7 Perhitungan thermodinamika Pembanding Volume langkah (cm3) Volume sisa (cm3) Volume total (cm3) Koefisien residu gas (γres) Temperatur akhir pemasukan, K (T1) Nilai k, komponen adiabatis Tekanan kompresi, kg/cm2 (T2) Temperatur kompresi, K (T2) Efisiensi thermis, % ( th) Jumlah panas, Kkal/kg (Qm) Jumlah campuran bahan bakar dan udara, kg/jam (Gaf) Temperatur akhir pembakaran, K (T2) Tekanan akhir pembakaran, kg/cm2 (T2) Temperatur ekspansi, K (T2) Tekanan ekspansi, kg/cm2 (T2) Pengeluaran kalor, Kkal (Qk)
GDI Engine 582,536 61,972 644,508 0,169 402,523 1,297 18,306 806,955 50,11 255507 388,95 3377,02 76,61 1684,51 3,679 127948
MPI engine 582,536 72,817 655,353 0,140 388,596 1,3023 15,354 755,033 48,53 253073,6 385,24 3325,09 67,61 1711,33 3,866 130756,50
2. Analisis Perhitungan Daya Pada kurva perfomance engine (gambar 3.3), dapat dilihat torsi maksimum pada GDI lebih tinggi dibanding MPI. Data ini didukung dengan hasil perhitungan daya pada kedua engine, dimana keseimbangan torsi yang terjadi pada GDI pada tiap tingkat putaran
lebih baik dibanding MPI. Ini disebabkan oleh keseimbangan daya efektif yang terjadi pada tiap tingkat putaran pada GDI lebih baik dibanding MPI. Hal ini berdampak pada keseimbangan tekanan efektif rata-rata tiap tingkat putaran pada GDI lebih baik dibanding MPI. Untuk keseimbangan daya indikator yang terjadi, GDI juga menunjukkan performa yang lebih baik dibanding MPI, yang disebabkan daya efektif yang terjadi pada GDI lebih baik dibanding MPI. Begitu juga dengan penggunaan bahan bakar dan nilai pemakaian bahan bakar spesifik pada GDI lebih baik dibanding MPI, yang disebabkan oleh perbandingan penggunaan bahan bakar dan daya indikator yang terjadi. Dari penggunaan bahan bakar tersebut, juga dapat dilihat bahwa GDI memiliki efisiensi volumetris yang lebih baik dibanding MPI. Untuk lebih lengkapnya, dapat dilihat pada grafik-grafik hasil perhitungan sebagai berikut : Grafik 1 Perbandingan daya efektif pada tiap tingkat putaran Daya Efektif (Ne) Daya output pada GDI Engine Ne (PS)
Daya Output (PS)
Daya output pada MPI Engine Ne (PS) 250 200 150 100 50 0 1500 2000
2500 3000
3500 4000 4500
5000 5500
Putaran (n)
Grafik di atas memberikan gambaran tentang daya maksimum yang terjadi pada putaran yang sama pada GDI engine lebih baik dibanding MPI engine. Dari gambaran grafik perbandingan daya efektif ini dapat dilihat efektivitas dan efisiensi hasil kinerja GDI engine lebih baik dibanding MPI engine. Grafik 2 Perbandingan torsi pada tiap tingkat putaran Torsi (T) 35
Torsi (m.Kg)
30 25
Torsi pada GDI Engine T (m.kg)
20
Torsi pada MPI Engine T (m.kg)
15 10 5
15 00 20 00 25 00 30 00 35 00 40 00 45 00 50 00 55 00
0
Putaran (n)
Grafik di atas memberikan gambaran tentang torsi maksimum yang dapat dicapai pada GDI engine terjadi pada putaran yang lebih tinggi dibanding MPI engine. Dari gambaran grafik perbandingan torsi ini dapat dilihat efektivitas dan efisiensi hasil kinerja GDI engine lebih baik dibanding MPI engine.
Grafik 3 Perbandingan tekanan efektif rata-rata pada tiap tingkat putaran Tekanan efektif rata-rata (Pe) 14000 Pe (kg/cm^2)
12000 10000
Pe pada GDI engine (Kg/cm2)
8000 6000
Pe pada MPI engine (Kg/cm2)
4000 2000 5500
5000
4500
4000
3500
3000
2500
2000
1500
0
Putaran (n)
Grafik di atas memberikan gambaran tentang tekanan efektif rata-rata yang dapat dicapai pada GDI engine terjadi pada putaran yang lebih tinggi dibanding MPI engine. Dari gambaran grafik perbandingan tekanan efektif ini dapat dilihat efektivitas dan efisiensi hasil kinerja GDI engine lebih baik dibanding MPI engine. Grafik 4 Perbandingan pemakaian bahan bakar pada tiap tingkat putaran
30 25 Gf (kg/jam) GDI Engine
20 15
Gf (kg/jam) MPI Engine
10 5 0
15 00 20 00 25 00 30 00 35 00 40 00 45 00 50 00 55 00
Pemakaian bahan bakar (kg/jam)
Pemakaian bahan bakar (Gf)
Putaran (n)
Grafik di atas memberikan gambaran tentang penggunaan bahan bakar yang terjadi pada putaran yang sama pada GDI engine lebih baik dibanding MPI engine. Dari gambaran grafik perbandingan penggunaan bahan bakar ini dapat dilihat efektivitas dan efisiensi hasil kinerja GDI engine lebih baik dibanding MPI engine. I.
Penutup
Berdasarkan analisa data dan pembahasan terhadap permasalahan yang telah ditetapkan, gambaran secara teoritis tentang kinerja Gasoline Direct Injection Engine. Terbukti bahwa GDI engine memiliki tingkat efektifitas dan efisiensi yang lebih baik dibanding Multi Point Injection (MPI) engine yang seukuran. Gasoline Direct Injection (GDI) Engine, apabila dibandingkan dengan MPI engine yang seukuran. Gasoline Direct Injection (GDI) Engine menyediakan kira-kira 10% tenaga putaran yang lebih besar setiap kali melakukan percepatan. Oleh karena itu pengembangan inovasi engine disarankan, selalu melalui kegiatan analisis yang cermat, terhadap prestasi motor untuk menentukan performance kendaraan yang lebih baik.
J.
Daftar Pustaka
Arismunandar, W. (1988). Penggerak Mula Motor Bakar Torak. Bandung : Penerbit ITB ________. (1992). “Motor Bakar Torak”. Bandung. ITB. ________. (2002). “Motor Bakar Torak”. Bandung. ITB. Daryanto. (1985). Contoh Perhitungan Motor Bensin 4 Langkah. Bandung: Tarsito Khovakh (1976). Motor Vehicles Engine. Moscow. Mr.Publisher Maleev V.L. (1945). Internal Combustion Engne and Air Polution. New York: Harper & Row Publ. Inc. Nugroho, R.C. (2004). Praktikum Unjuk Kerja & Monitoring. Jakarta: Balai Pengkajian dan Penerapan Teknologi. Pakpahan Abigain. (1999). Motor Otomotif. Bandung: Angkasa. Sunarto H.U. (1997). Diktat Perhitungan Keteknikan. Bandung: JPTM FPTK UPI. Surbhakty, BM. (1978). Motor Bakar 2 Jakarta: Departemen Pendidikan dan Kebudayaan. Toyota Astra Internasional. (1995). “New Step I (Traning Manual)”. Jakarta. Toyota Astra Internasional. Usman, R (1979). Motor Bakar 3 Jakarta: Departemen Pendidikan dan Kebudayaan. http://www.mitsubishi-motors.co.jp/GDI2000/
PT.
